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Aprendendo tudo sobre prototipagem rápida
Prototipagem Rápida (PR) é um termo relativamente novo que explica, de forma simples, o processo de criação rápida de protótipos utilizando processos de fabricação avançados, com o objetivo de avaliar visual e funcionalmente o design de novos produtos e otimizá-lo continuamente. Engenheiros ou designers transformam grandes ideias em modelos conceituais realistas que simulam a aparência e o funcionamento do produto final, e que passam por uma série de validações antes de avançar para a produção em massa. Um protótipo é a versão original do produto final, utilizada para avaliar o design, testar técnicas, analisar os princípios de funcionamento do produto, ajustar o design, os materiais, as dimensões, a forma, a montagem, a cor, a fabricabilidade e a resistência, evitando problemas potenciais e melhorando a qualidade do produto final. Este artigo explora sete métodos de prototipagem populares atualmente e compara as características dos materiais das peças fabricadas por diferentes processos. Além disso, são resumidos os principais fatores que devem ser considerados em cada processo de fabricação. O objetivo é auxiliar os designers na escolha do melhor processo de fabricação de protótipos.
Definição de prototipagem rápida
A prototipagem rápida é o processo de produzir modelos o mais rápido possível para simular o produto final. Existem dezenas de métodos de fabricação que podem fazer protótipos, o mais impressionante deles é a manufatura aditiva, ou seja, a impressão 3D. No entanto, a usinagem CNC de fabricação subtrativa tradicional também pode produzir protótipos de alta qualidade. A impressão 3D e a prototipagem rápida se encaixam perfeitamente, possibilitando a fabricação de peças com formas geométricas quase ilimitadas, necessitando apenas de uma impressora e nenhuma outra ferramenta. A impressão 3D pode produzir peças com propriedades mecânicas muito semelhantes a vários materiais fabricados usando métodos de fabricação tradicionais.
7 tipos de processos de fabricação de protótipos
Processo | Nomeado | DESCRIÇÃO | TERMINAR | MATERIAIS DE EXEMPLO |
Estereolitografia | SLA | Polímeros fotossensíveis curados a laser | A faixa típica de camadas aditivas é de 0.002-0.006 polegadas (0.051-0.152 mm) | Como termoplástico |
Sinterização Seletiva a Laser | SLS | Pó sinterizado a laser | Camadas aditivas típicas são de cerca de 0.004 polegadas (0.102 mm) | Como nylon e TPU |
Sinterização direta a laser de metal | Dmls | Pós metálicos sinterizados a laser | A faixa típica de camadas aditivas é de 0.0008-0.0012 polegadas (0.020-0.030 mm) | Como aço inoxidável, titânio, cromo, alumínio e materiais metálicos de liga de ferro e níquel cromo |
Modelagem de Deposição Fundida | FDM | extrusões fundidas | A faixa típica de camadas aditivas é de 0.005-0.013 polegadas (0.127-0.330 mm) | Como ABS、PC、PC/ABS、PPSU e outros plásticos |
PoliJet | PJET | Polímeros fotossensíveis a jato curados por UV | A faixa típica de camadas aditivas é de 0.0006-0.0012 polegadas (0.015-0.030 mm) | Como o PMMA, polímero fotossensível elástico |
Usinagem CNC | CNC | Use fresadoras CNC e tornos para remover o excesso de material | Remova o excesso de material (liso) | A maioria dos plásticos e metais de engenharia, tem centenas de materiais |
Fundição a Vácuo | VC | Use moldes de silicone para fazer réplicas de peças de plástico | Liso ou com textura selecionada | Termoplástico de grau de engenharia |
Vantagens e desvantagens de diferentes métodos de fabricação
SLA
SLA : A SLA é o método de fabricação aditiva mais antigo, popular e econômico, sendo o primeiro método de impressão 3D aplicado comercialmente. Consiste em utilizar um laser ultravioleta controlado por computador para curar resina polimérica fotossensível líquida camada por camada, repetindo o processo para fabricar as peças. As seções transversais camada por camada são derivadas de arquivos de projeto CAD (formato .stl). Vale ressaltar que os arquivos CAD em formato .stl se tornaram o formato padrão para a maioria das impressoras 3D.
Vantagens: Comparada a outros processos de manufatura aditiva, a SLA (laminectomia a laser) permite a produção de protótipos e peças de alta qualidade com formas geométricas complexas. A SLA é rápida, de baixo custo e as peças fabricadas apresentam excelente acabamento superficial e detalhes otimizados, mantendo tolerâncias rigorosas. Há diversas bibliotecas de materiais selecionáveis, como propriedades ópticas, mecânicas e térmicas, para atender a termoplásticos padrão, de engenharia e industriais. Os protótipos em SLA são normalmente utilizados na fabricação de protótipos médicos e também para modelos mestres de fundição a vácuo.
Desvantagens: Os protótipos fabricados por SLA (alumina-laminar) geralmente têm resistência insuficiente e não são adequados para testes em situações extremas. Além disso, os raios ultravioleta enfraquecem a resistência ao longo do tempo em ambientes úmidos.
SLS
SLS: A SLS é uma tecnologia de impressão 3D para a fabricação de protótipos em metal e plástico. É um processo de criação de protótipos camada por camada, utilizando aquecimento a laser de alta potência controlado por computador e sinterização de materiais em pó, como nylon ou TPU elástico, similares a plásticos de engenharia. A tecnologia SLS remonta à década de 1980 e foi patenteada por Carl Deckard. Assim como muitos outros processos de impressão 3D, ela pode fabricar peças com formas geométricas complexas, incluindo detalhes internos, reentrâncias, paredes finas, etc., como peças com estruturas de treliça internas difíceis de obter por usinagem CNC.
Vantagens: Comparadas às peças fabricadas por SLA, as peças fabricadas por SLS são mais precisas e duráveis, sendo adequadas para alguns testes funcionais.
Desvantagens: A superfície das peças fabricadas por SLS apresenta uma textura granular ou arenosa, carece de detalhes finos e é muito áspera. É necessário um processamento secundário para se obter resultados estéticos, e os materiais disponíveis são limitados.
Dmls
DMLS: A DMLS é uma tecnologia de impressão 3D para fabricação de protótipos metálicos e peças de uso final, soldando pó camada por camada até a conclusão da peça. As peças DMLS podem ser feitas da maioria dos materiais de liga metálica e, naturalmente, os mesmos materiais das peças finais podem ser selecionados para produzir protótipos funcionais e com alta resistência.
Vantagens: A DMLS permite a fabricação de protótipos metálicos (tipicamente com 97% de densidade) para testes funcionais, além de possibilitar a criação de estruturas ou canais internos que não podem ser obtidos por processos tradicionais. As propriedades mecânicas das peças fabricadas por DMLS são basicamente equivalentes às das peças produzidas por processos tradicionais.
Desvantagens: A superfície das peças fabricadas por DMLS é rugosa e requer um tratamento posterior dispendioso. Se a DMLS for utilizada para fabricar várias peças metálicas, o custo pode ser elevado.
FDM
FDM: No processo de moldagem por deposição de material fundido (FDM), materiais termoplásticos (como ABS, policarbonato ou mistura de ABS/policarbonato) são derretidos em um bico aquecido pela impressora. Em seguida, o bico se move ao longo de um caminho predefinido, depositando o material de resina liquefeita camada por camada, criando um protótipo de baixo para cima.
Vantagens: A tecnologia FDM permite a utilização de materiais termoplásticos genuínos, produzindo componentes de baixo custo e robustos, capazes de realizar alguns testes funcionais. Além disso, esse processo também possibilita a produção de peças com estruturas complexas. A tecnologia FDM é fácil de usar, permite a utilização de diferentes tipos e cores de plástico na fabricação de uma única peça e é segura, limpa e praticamente livre de poluição.
Desvantagens: As peças fabricadas por FDM frequentemente apresentam poros, resistência irregular, acabamento superficial ruim e ondulações visíveis. Comparada às tecnologias SLA ou SLS, a FDM não é tão eficiente.
SLM
SLM: A SLM é uma tecnologia que utiliza lasers de alta potência para fundir pós metálicos, produzindo protótipos ou peças. Pós metálicos comuns incluem titânio, aço inoxidável, alumínio e ligas de cromo-cobalto, que podem ser usados para fabricar peças metálicas de precisão com alta resistência, durabilidade e complexidade.
Vantagens: As peças de precisão fabricadas por SLM são amplamente utilizadas em indústrias como a aeroespacial, automotiva, de defesa nacional e de tratamento médico.
Desvantagens : Peças ou protótipos fabricados por SLM podem ser caros e precisam ser controlados por um operador de máquinas qualificado.
POLIJATO
POLYJET: A tecnologia PolyJet utiliza uma cabeça de impressão para pulverizar resina polimérica fotossensível camada por camada, usando materiais curáveis por UV para construir protótipos ou peças. A camada de resina pulverizada por este processo pode ser muito fina e produzir peças com superfícies lisas. As cabeças de impressão podem ser pulverizadas com diferentes materiais, permitindo a construção de protótipos multimateriais.
Vantagens: A tecnologia Polyjet é acessível e pode ser usada para fabricar peças flexíveis com estruturas complexas, bem como para produzir protótipos de peças moldadas e envoltas, utilizando materiais flexíveis e rígidos.
Desvantagens: As peças fabricadas com Polyjet não são suficientemente resistentes para testes funcionais e podem amarelar após exposição prolongada à luz.
Usinagem CNC: As ferramentas de corte giram seguindo um percurso predefinido para cortar blocos sólidos (ou barras) de plástico ou metal, removendo o excesso de material para produzir peças ou protótipos. Trata-se de um processo de redução de material. Comparadas às peças fabricadas por manufatura aditiva, as peças usinadas por CNC apresentam excelente resistência e acabamento superficial, além de serem relativamente completas. A gama de materiais disponíveis é muito ampla, com milhares de tipos, o que permite produzir peças CNC com múltiplas funções, como resistência à tração, resistência ao impacto, temperatura de deformação térmica, resistência química e biocompatibilidade. As boas tolerâncias são adequadas para montagem e testes funcionais.
Vantagens: As peças usinadas em CNC apresentam bom acabamento superficial e tolerâncias rigorosas, além da possibilidade de escolher entre uma variedade de termoplásticos e metais de grau industrial. Comparado à impressão 3D, os protótipos podem ser entregues em até 24 horas, dependendo da complexidade da peça.
Desvantagens: Para algumas peças complexas, a usinagem CNC pode apresentar algumas limitações. Por exemplo, é muito difícil usinar peças ocas de paredes finas e, às vezes, é necessário virar e fixar a peça com dispositivos de fixação personalizados. Portanto, para usinar peças com formas geométricas complexas, o custo da usinagem CNC é relativamente alto.
Fundição a vácuo: Em termos estritos, a fundição a vácuo é um processo para fabricação de pequenos lotes de peças. O processo consiste em remover a espuma, misturar, pré-aquecer e moldar o material de poliuretano sob condições de vácuo, realizando um processo de cura secundária de 2 a 3 horas em uma câmara de temperatura constante de 60 °C a 80 °C.
Vantagens: A réplica fabricada por moldagem a vácuo pode atingir a resistência e a dureza de matérias-primas como o ABS, e também pode ser colorida de acordo com as necessidades. O processo de réplica a vácuo permite a produção de pequenos lotes de peças plásticas com estruturas complexas e espessura de parede uniforme, capazes de atender a determinadas funções e aparências.
Desvantagens: Cada molde pode produzir até 25 cópias (dependendo da complexidade do molde e do material de fundição); se as peças exigirem alta qualidade (como estruturas transparentes ou complexas), apenas 12 ou até mesmo 10 réplicas podem ser feitas a partir de um único molde.
Quanto custa a prototipagem rápida?
Esta pergunta é difícil de responder. A prototipagem rápida depende de uma variedade de fatores diferentes, com diferenças significativas nos custos. Por exemplo, se informações como tecnologia de processamento, tamanho, quantidade, acabamento de superfície, quantidade, material e tratamento de superfície são incertas, é difícil avaliar quanto custará a fabricação de um protótipo, que pode variar de dezenas de dólares a milhares de dólares. Se você concluiu o design de um projeto de protótipo, sinta-se à vontade para entrar em contato com a DDPROTOTYPE, um dos principais fabricantes de prototipagem rápida na China, para fornecer uma cotação gratuita e fornecer sugestões construtivas e soluções viáveis para o seu design gratuitamente.
